造紙污水處理厭氧系統(tǒng)沼氣綜合利用

造紙污水處理厭氧系統(tǒng)沼氣綜合利用摘要：制漿造紙工業(yè)需要排放大量的廢水，在這些廢水中往往都含有很多化學(xué)藥品、纖維素、木質(zhì)素等，是我國自然環(huán)境污染的主要因素。相關(guān)研究顯示，在所有排放的工業(yè)廢水中，制漿造紙工業(yè)的廢水就占據(jù)了1/6的比重，其中COD和SS的占比達到了1/4?？梢姡仨氁訌妼υ旒垙U水的治理。由于制漿造紙廢水具有獨特的特點，如濃度高，其中含有大量的COD、SS、BOD5等，因此其治理方法也與普通工業(yè)廢水的治理方法不同。常用的有物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法，尤其是生物法效果比較理想，應(yīng)用也較為廣泛，現(xiàn)已成為造紙廢水二級處理的主要手段。本文結(jié)合筆者曾編制的某造紙廢水處理厭氧技術(shù)改造環(huán)評探討造紙污水處理厭氧系統(tǒng)沼氣綜合利用技術(shù)。該項目的實施，既減少了造紙廢水的出水濃度，又提高了節(jié)能環(huán)保效益。關(guān)鍵詞：造紙廢水；厭氧系統(tǒng)；沼氣；綜合利用1制漿造紙行業(yè)廢水特性制漿造紙工業(yè)廢水的化學(xué)成分每家工廠之間差異很大。產(chǎn)生的廢水通常高度濃縮，其COD值范圍廣泛，即在0.5?115g/L之間。造成這種情況的主要原因是所用基材的特性不同（例如，硬木或軟木樹種，再生紙等）以及制漿和造紙工藝的差異。造紙過程中的主要步驟是：制漿（機械，混合或化學(xué)方法），漂白和造紙。在造紙的每個階段，都會產(chǎn)生不同化學(xué)成分的廢水。迄今為止，在制漿和造紙廠的廢水中已鑒定出250多種不同的物質(zhì)。發(fā)現(xiàn)了一系列木質(zhì)素，丁苯醚，酚，二惡英，氯化物，呋喃，酚和硫化合物。制漿過程中產(chǎn)生的廢水稱為“黑液”，富含木質(zhì)素和木質(zhì)素降解產(chǎn)物。漂白廢水中含有豐富的有毒化合物，如可吸附的有機鹵素，氯化有機化合物，苯酚等。造紙過程中的脫木質(zhì)作用是造紙過程中木質(zhì)素及其衍生物存在的原因。這些化合物中的一些是天然木材提取物，例如酸、單寧酸、生物堿、蠟、脂肪、苯酚等，是在制漿和造紙過程中形成的難降解的有毒化合物，還含有氯化物。漂白產(chǎn)生的二惡英或呋喃對活生物體有危險，因為它們可以誘導(dǎo)基因突變。2污水厭氧處理的機理最早的厭氧反應(yīng)器，起源于“Mouras自動凈化器”，它是由法國人LouisMouras在1860年將簡易沉淀池改進而成的密閉式反應(yīng)器，用來處理污水。現(xiàn)在，隨著該技術(shù)的不斷完善，厭氧反應(yīng)器越來越多地用于生活和工業(yè)污水的處理。根據(jù)微生物類群的生理代謝不同，將厭氧反應(yīng)的過程劃分為3個階段。第一階段為水解發(fā)酵階段，通過水解發(fā)酵菌的作用，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大的有機物，如碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)等，分解為小分子的有機酸、醇類等，和單分子的CO、H、NH和HS。2 2 3 2第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，通過產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為乙酸、CO和H。第三階段為產(chǎn)甲烷階段，以第一階段和第二階段產(chǎn)生的乙酸、CO2和H為主要基質(zhì)(還有甲酸、甲醇及甲胺等)，在產(chǎn)甲烷菌的作用下將其轉(zhuǎn)化為CH和CO。參與厭氧過程的微生物主要為細菌，根據(jù)厭氧作用結(jié)果的不同，將這些細菌分為非產(chǎn)甲烷細菌與產(chǎn)甲烷細菌兩大類。在厭氧過程中，非產(chǎn)甲烷菌的作用是進行高分子有機物的降解、消化，而產(chǎn)甲烷菌的作用是將高分子有機物的降解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷(即沼氣)。非產(chǎn)甲烷細菌有18個屬、50多種，主要由兼性厭氧菌和專性厭氧菌組成。專性厭氧菌主要包括擬桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬、放線菌屬和棒桿菌屬等；兼性厭氧菌主要包括變形菌屬、鏈球菌屬、黃桿菌屬、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、產(chǎn)假桿菌屬和產(chǎn)氣桿菌屬等。常見的產(chǎn)甲烷細菌主要有4種，包括甲烷球菌屬、甲烷桿菌屬、甲烷螺旋菌屬和甲烷八疊球菌屬。3造紙廢水的厭氧處理工段沼氣回收利用厭氧技術(shù)在制漿造紙廠廢水處理方面的應(yīng)用，在近年來發(fā)展快速。在無氧條件下，厭氧菌可以對廢水中具有較高濃度的有機物進行充分講解，最終形成沼氣。這種技術(shù)在國內(nèi)外均有比較廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)有多種厭氧反應(yīng)器應(yīng)用于具體實際中。如厭氧接觸反應(yīng)器、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)等。其中：內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(InternalCirculation，IC)是第三代高效厭氧反應(yīng)器，其是基于UASB反應(yīng)器發(fā)展而來的，但比UASB反應(yīng)器具有更高的處理容量，而且整體投資成本也比較低，不會占用很多的土地，反應(yīng)器的運行也比較穩(wěn)定。諸多優(yōu)點都顯示，該種反應(yīng)器可堪稱處理效能最高的反應(yīng)器。適合處理高濃度的有機廢水并產(chǎn)生沼氣。同時，通過在傳統(tǒng)廢水處理裝置上增加厭氧與沼氣處理系統(tǒng)，實現(xiàn)造紙廢水沼氣的回收利用，該技術(shù)已成功應(yīng)用于多家企業(yè)。葉杰文曾研究發(fā)現(xiàn)，沼氣的熱值很高，具有很高的利用價值，不過，現(xiàn)在厭氧廢水處理站形成的沼氣少有得到真正的開發(fā)利用。某造紙企業(yè)在對內(nèi)部設(shè)備和生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)工藝等分析基礎(chǔ)上，采取了沼氣回收利用的措施，對造紙廢水厭氧處理工段中日產(chǎn)14000m3的沼氣進行有效提純、凈化，成功用于供熱服務(wù)，實現(xiàn)了廢水沼氣的綠色應(yīng)用。陸琪銘曾研究某造紙企業(yè)沼氣資源化再利用項目分析,通過對企業(yè)改造方案的技術(shù)說明以及項目改造前后方案的對比，進一步分析了廢水厭氧處理工段沼氣再利用項目的可行性，本項目具有低投入高回報的特點，投資利潤高，可促進資源循環(huán)利用。4造紙廢水厭氧處理系統(tǒng)實例分析下面筆者結(jié)合某造紙企業(yè)廢水處理厭氧技術(shù)改造項目環(huán)境影響評價進行分析：（1） 原污水處理工藝流程簡述。生產(chǎn)廢水經(jīng)廠內(nèi)管道經(jīng)格柵進入集水井，然后由提升泵提升至調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池前設(shè)置斜柵，進一步去除大顆粒懸浮物，廢水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進行混合，使后續(xù)處理工藝進水污染物濃度和水量保持穩(wěn)定。廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池提升泵提升至氣浮池中，在氣浮池中去除大部分懸浮物。但是由于環(huán)保要求的提高，結(jié)合擬接管污水處理廠提標(biāo)改造計劃，擬將原排放標(biāo)準(zhǔn)進行提高，以《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)作為提標(biāo)改造的目標(biāo)。同時擬接管污水處理廠擬提高園區(qū)排污單位的接管標(biāo)準(zhǔn)，COD接管標(biāo)準(zhǔn)從1200mg/L提高到900mg/L。因此，針對高濃度生產(chǎn)廢水，該造紙公司在原污水處理系統(tǒng)（即物化系統(tǒng)）后新增了厭氧處理系統(tǒng)，降低廢水的出水濃度。（2） 新增厭氧系統(tǒng)流程簡述。淺層氣浮池處理后的水經(jīng)提升泵提升至預(yù)調(diào)節(jié)池中，調(diào)節(jié)池目的是厭氧條件更加穩(wěn)定，經(jīng)調(diào)節(jié)后的水提升至IC反應(yīng)器，進行厭氧處理，IC反應(yīng)器密閉，厭氧產(chǎn)生的沼氣經(jīng)管道收集至沼氣處理系統(tǒng)，沼氣處理系統(tǒng)通過燃燒沼氣產(chǎn)生蒸汽，提供給生產(chǎn)工段；同時廢水自流至污水在線監(jiān)測池，達標(biāo)后經(jīng)泵輸送至擬接管污水處理廠。通過本環(huán)評分析，該造紙企業(yè)污水處理站通過新增厭氧反應(yīng)器后，厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣，進入新增的沼氣鍋爐有效利用，實現(xiàn)了節(jié)能減排的效果，研究表明，每去除1kgCOD大約產(chǎn)生0.35m3沼氣，本項目年處理生產(chǎn)廢水3838117m3/a，廢水進入?yún)捬跸到y(tǒng)的濃度為1664mg/L，出水濃度為748.8mg/L，厭氧工段去除COD量為3512.6t/a，則每年產(chǎn)生沼氣量為122.9萬m3/a，折合3616m3/d。每m3沼氣具有約29288kJ熱值，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤3.6t，全年按340d計，則年節(jié)約煤1224t/a，減少了環(huán)境污染，同時本項目配套的沼氣鍋爐容量為6t/h，每年可提供蒸汽47520m3。5總結(jié)當(dāng)前我國造紙廢水厭氧處理技術(shù)與國外相比，還存在一定的需要改進的地方。在具體實踐中，應(yīng)結(jié)合制漿造紙實際，對厭氧反應(yīng)器的相關(guān)工作條件進行完善，以有效去除高濃度有機廢水，使造紙廢水出水濃度能夠滿足污水處理廠的接管標(biāo)準(zhǔn)。并且厭氧處理系統(tǒng)過程中可產(chǎn)生可觀的沼氣量，通過收集利用，減少煤炭使用量，降低對環(huán)境的污染，企業(yè)既可實現(xiàn)節(jié)能減排，又可降低環(huán)境成本，可見造紙企業(yè)污水處理采用厭